Gaia : allumage du plan focal effectué

Le vendredi 3 janvier, l’un des éléments essentiels à la mission Gaia a été allumé : le plan focal.

Le plan focal de Gaia (source ESA/Astrium)

Le plan focal de Gaia en cours d’intégration chez Astrium (source ESA/Astrium)

Voici ce qui s’est passé en prenant comme base l’article de l’ESA sur www.cosmos.esa.int [traduction allégée et article non repris complètement] :

La mise en marche d’un appareil photo aux milliards de pixels n’est pas une simple question de toucher un bouton ou appuyer sur un bouton. Les jours précédents, certains paramètres doivent être mis en place en envoyant environ 20 000 télécommandes. Ensuite, un ensemble complexe de plusieurs centaines de télécommandes doivent être envoyées pour allumer chaque partie du plan focal. En premier, les équipements de traitement vidéo (VPU – Video Processor Unit) ont été allumé. Alors que votre appareil photo numérique a une puce qui fait un peu de traitement d’image, Gaia a sept VPU qui font le travail. On acquiert alors la température du plan focal et quelques premières données.

Visualisation des données sur chacune des lignes CCD correspondantes lorsque les VPU 1,2 et 7 sont ON, disposées comme sur le plan focal de Gaia (source ESA)

Visualisation des données sur chacune des lignes CCD correspondantes lorsque les VPU 1,2 et 7 sont ON, disposées comme sur le plan focal de Gaia (source ESA)

Lorsque tous les VPU sont allumés, alors les modules électroniques de proximité (PEM) sont allumés. Toutes ces activités exigent beaucoup de préparation et chaque étape est soigneusement vérifiée. L’ensemble du processus prend environ 4 ou 5 heures.

Le premier dispositif à bord qui génère des images est le BAM (Basic Angle Monitor – Moniteur de l’Angle de Base). En fonctionnement nominal, un faisceau laser est divisé et dirigé dans les deux chemins optiques pour produire une étoile artificielle (motif d’interférence) sur le CCD BAM dédié, ce qui permet de détecter et de caractériser une variation de l’angle entre les deux télescopes. Vendredi, le laser n’était pas allumé. L’image reconstruite ci-dessous montre les deux effets attendus dans cette configuration : des traces étoiles non focalisées et des rayons cosmiques ou particules de haute énergie, qui apparaissent comme un motif irrégulier de pixels de très haut signaux. C’est la première image optique de Gaia :

1ere image optique de Gaia (source ESA)

1ere image optique de Gaia (source ESA)

Le laser BAM a été allumé le lendemain (5 Janvier). Il produit une étoile artificielle par télescope en utilisant le principe de l’interférence de la lumière, un signal de forme périodique (sinusoïdal). Le BAM se compose de deux bancs optiques, dont de nombreux miroirs, des filtres, des séparateurs de faisceau et une fibre optique transportant la lumière laser. Cela est nécessaire pour fournir une mesure de haute précision. Les étoiles générés sont statiques, par rapport à ceux dans le ciel, qui se déplacent dans le plan focal en raison de lent mouvement de rotation de balayage de la sonde. Des déplacements plus petits que 0,00001 pixels devraient être mesurés dans les opérations nominales. L’image ci-dessous montre les franges et le profil reconstruit :

première image après mise ON du BAM (source ESA)

première image après mise ON du BAM (source ESA)

Gaia sera placé sur une orbite de Lissajous autour du point L2. Cet emplacement permettra la très grande stabilité thermique nécessaire pour réaliser les objectifs de la mission. Cependant, il ne peut pas bénéficier de la protection de l’atmosphère de la Terre. Des particules de haute énergie en provenance du Soleil (le vent solaire) et d’autres sources astronomiques (rayons cosmiques) soumettront le satellite à un environnement de rayonnements intenses. Les détecteurs CCD comme ceux embarqués sur Gaia sont sensibles à ces particules, et leurs performances se dégradent avec le temps. En fait, Gaia peut être considéré comme un moniteur de rayonnement le plus détaillé ayant jamais été dans l’espace. Un exemple d’une particule de haute énergie a frappé Gaia en laissant une empreinte particulièrement importante. Il a été capturé par hasard dans l’un des capteurs CCD de front d’onde, qui sont chargés de l’enregistrement d’un type particulier de l’image lorsque des étoiles très lumineuses (de magnitude G <6-7) traversent le plan focal. Des rayons cosmiques de petites tailles sont également visibles sur l’image :

Rayons cosmiques détectés (source ESA)

Rayons cosmiques détectés (source ESA)

Pour le grand public ces images apparaîtront peut-être très inintéressantes, mais pour la communauté Gaia, ils représentent la première étape de la vérification que Gaia fonctionne comme prévu. Ce fut une journée spectaculaire montrant à nouveau l’esprit du projet Gaia avec toutes les parties, du projet de l’ESA, MOC, SOC, DPAC et Astrium travaillant bien ensemble.

Gaia n’étant pas encore en rotation autour de lui-même (en « spin »), cette étape était simplement une première vérification de l’allumage correct du Plan Focal. Le fonctionnement final sera réalisé en février lors de la recette de Gaia.

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